【C语言|数据结构】数据结构&&顺序表

La_gloire2024-02-10 12:15

目录

一、数据结构

1.1概念

1.2总结

1.3为什么需要数据结构？

二、顺序表

1.顺序表的概念及结构

1.1线性表

2.顺序表分类

2.1顺序表和数组的区别

2.2顺序表的分类

2.2.1静态顺序表

2.2.1.1概念

2.2.1.2缺陷

2.2.2动态顺序表

三、动态顺序表的实现

3.1新建项目

[3.2 SeqList.h](#3.2 SeqList.h)

3.3SeqList.c

3.3.1初始化

3.3.2销毁

3.3.3打印

3.3.4扩容

3.3.4.1扩容原则选择

3.3.4.2扩容代码呈现

3.3.5尾插

3.3.6头插

3.3.7尾删

3.3.8头删

3.3.9指定位置之前插入数据

3.3.10指定位置之前删除数据

3.3.11查找

[3.3.12 SeqList.c](#3.3.12 SeqList.c)

一、数据结构

1.1概念

  • 数据结构是计算机存储、组织数据的⽅式。
  • 数据结构是指相互之间存在⼀种或多种特定关系的数据元素的集合。数据结构反映数据的内部构成，即数据由那部分构成，以什么⽅式构成，以及数据元素之间呈现的结构。

1.2总结

  • 1）能够存储数据（如顺序表、链表等结构）
  • 2）存储的数据能够⽅便查找

1.3为什么需要数据结构？

  • 程序中如果不对数据进⾏管理，可能会导致数据丢失、操作数据困难、野指针等情况。 通过数据结构，能够有效将数据组织和管理在⼀起。按照我们的⽅式任意对数据进⾏增删改查等操作。
  • 最基础的数据结构：数组。
  • 【思考】有了数组，为什么还要学习其他的数据结构？
  • 假定数组有10个空间，已经使⽤了5个，向数组中插⼊数据步骤： 求数组的⻓度，求数组的有效数据个数，向下标为数据有效个数的位置插⼊数据（注意：这⾥是 否要判断数组是否满了，满了还能继续插⼊吗）..... 假设数据量⾮常庞⼤，频繁的获取数组有效数据个数会影响程序执⾏效率。
  • 结论：最基础的数据结构能够提供的操作已经不能完全满⾜复杂算法实现。

二、顺序表

1.顺序表的概念及结构

1.1线性表
  • 线性表（linear list）是n个具有相同特性的数据元素的有限序列。
  • 线性表是⼀种在实际中⼴泛使 ⽤的数据结构，常⻅的线性表：顺序表、链表、栈、队列、字符串..
  • 线性表在逻辑上是线性结构，也就说是连续的⼀条直线。但是在物理结构上并不⼀定是连续的， 线性表在物理上存储时，通常以数组和链式结构的形式存储。

2.顺序表分类

2.1顺序表和数组的区别
  • 顺序表的底层结构是数组，对数组的封装，实现了常⽤的增删改查等接⼝
2.2顺序表的分类
2.2.1静态顺序表
2.2.1.1概念
  • 使⽤定⻓数组存储元素
2.2.1.2缺陷
  • 空间给少了不够⽤，给多了造成空间浪费
2.2.2动态顺序表

三、动态顺序表的实现

3.1新建项目

3.2 SeqList.h

cs 复制代码 
//C语言
#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>

typedef int SLDataType;//不仅限于int类型 便于后续替换


//动态顺序表
typedef struct SeqList
{
	SLDataType* arr;   //存储数据的底层结构
	int capacity;      //记录顺序表的空间大小
	int size;          //记录顺便当前有效的数据个数

}SL;

//初始化和销毁
void SLInit(SL* ps);
void SLDestroy(SL* ps);
void SLPrint(SL* ps);
//扩容
void SLCheckCapacity(SL* ps);

//尾插/尾删/头插/头删
void SLPushBack(SL* ps, SLDataType x);
void SLPopBack(SL* ps);
void SLPushFront(SL* ps, SLDataType x);
void SLPopFront(SL* ps);

//指定位置之前插入/删除数据
void SLInsert(SL* ps, int pos, SLDataType x);
void SLErase(SL* ps, int pos);
int SLFind(SL* ps, SLDataType x);

3.3SeqList.c

3.3.1初始化

cs 复制代码 
void SLInit(SL* ps)
{
	ps->arr = NULL;
	ps->capacity = 0;
	ps->size = 0;

}

3.3.2销毁

cs 复制代码 
void SLDestroy(SL* ps)
{
	free(ps->arr);
	ps->arr = NULL;
	ps->size = 0;
	ps->capacity = 0;
}

3.3.3打印

cs 复制代码 
void SLPrint(SL* ps)
{
	for (int i = 0; i < ps->size; i++)
	{
		printf("%d ", ps->arr[i]);
	}
	printf("\n");
}

3.3.4扩容

3.3.4.1扩容原则选择
  • 一次扩充一个空间：插入一个元素还不会造成空间浪费 ✖ 程序执行效率低下
  • 一次扩充固定个大小的空间（10、100）✖ 小了：造成频繁扩容，会造成程序运行低下；大了：造成空间浪费
  • 成倍数的扩增（1.5倍、2倍）✅相对高效：数据插入的越多，扩容的大小越来越大即插入数据的数量与扩容大小成近似真相关
3.3.4.2扩容代码呈现
  1. 首先判断动态数组的元素个数（size）是否等于容量（capacity）。
  2. 若相等，则需要进行扩容操作。
  3. 计算新的容量大小，如果原容量为0，则新容量为4，否则新容量为原容量的两倍。
  4. 调用realloc函数重新分配内存空间，将原动态数组的元素拷贝到新的内存空间中。
  5. 如果内存分配失败（temp为NULL），则输出错误信息并退出程序。
  6. 如果内存分配成功，则将新的内存空间地址赋值给动态数组指针arr，同时更新容量为新的容量大小。
cs 复制代码 
//扩容
void SLCheckCapacity(SL* ps)
{
	if (ps->size == ps->capacity)
	{
		int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;
		SLDataType* temp = (SLDataType*)realloc(ps->arr, newCapacity * sizeof(SLDataType));
		
		if (temp == NULL)
		{
			perror("realloc fail!");//扩容失败
			exit(1);//退出
		}
		//扩容成功
		ps->arr = temp;
		ps->capacity = newCapacity;

	}

}

3.3.5尾插

cs 复制代码 
//尾插
void SLPushBack(SL* ps, SLDataType x)
{
	assert(ps);//断言，确保不为空

	//空间不够直接插入
	SLCheckCapacity(ps);

	//空间足够直接插入
	ps->arr[ps->size] = x;
	ps->size++;
}

3.3.6头插

cs 复制代码 
//头插
void SLPushFront(SL* ps, SLDataType x)
{
	assert(ps);
	SLCheckCapacity(ps);

	//旧数据挪动
	for (int i = ps->size; i > 0; i--)
	{
		ps->arr[i] = ps->arr[i - 1];
	}
	ps->arr[0] = x;
	ps->size++;


}

3.3.7尾删

cs 复制代码 
//尾删
void SLPopBack(SL* ps)
{
	//顺序表为空
	assert(ps);
	assert(ps->size);

	//顺序表不为空
	ps->size--;
}

3.3.8头删

cs 复制代码 
//头删
void SLPopFront(SL* ps) 
{
	assert(ps);
	assert(ps->size);
	for (int i = 0; i < ps->size - 1; i++)
	{
		ps->arr[i] = ps->arr[i + 1];
	}
	ps->size--;
}

3.3.9指定位置之前插入数据

cs 复制代码 
void SLInsert(SL* ps, int pos, SLDataType x)
{
	assert(ps);
	assert(pos >= 0 && pos <= ps->arr);

	SLCheckCapacity(ps);

	//pos及之后的数据挪动一位
	for (int i = ps->size; i > pos; i--)
	{
		ps->arr[i] = ps->arr[i - 1];

	}
	ps->arr[pos] = x;
	ps->size++;

}

3.3.10指定位置之前删除数据

cs 复制代码 
void SLErase(SL* ps, int pos)
{
	assert(ps);
	assert(ps >= 0 && pos < ps->size);

	for (int i = pos;i < ps->size;i++)
	{
		ps->arr[i] = ps->arr[i + 1];
	}
}

3.3.11查找

cs 复制代码 
int SLFind(SL* ps, SLDataType x)
{
	for (int i = 0; i < ps->size; i++)
	{
		if (ps->arr[i] == x)
		{
			return i;
		}
	}
	return -1; // 表示未找到
}

3.3.12 SeqList.c

cs 复制代码 
#include"SeqList.h"


//初始化和销毁
void SLInit(SL* ps)
{
	ps->arr = NULL;
	ps->capacity = 0;
	ps->size = 0;

}

void SLDestroy(SL* ps)
{
	free(ps->arr);
	ps->arr = NULL;
	ps->size = 0;
	ps->capacity = 0;
}

//打印
void SLPrint(SL* ps)
{
	for (int i = 0; i < ps->size; i++)
	{
		printf("%d ", ps->arr[i]);
	}
	printf("\n");
}


//扩容
void SLCheckCapacity(SL* ps)
{
	if (ps->size == ps->capacity)
	{
		int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;
		SLDataType* temp = (SLDataType*)realloc(ps->arr, newCapacity * sizeof(SLDataType));
		
		if (temp == NULL)
		{
			perror("realloc fail!");//扩容失败
			exit(1);//退出
		}
		//扩容成功
		ps->arr = temp;
		ps->capacity = newCapacity;

	}

}

//尾插
void SLPushBack(SL* ps, SLDataType x)
{
	assert(ps);//断言，确保不为空

	//空间不够直接插入
	SLCheckCapacity(ps);

	//空间足够直接插入
	ps->arr[ps->size] = x;
	ps->size++;
}


//头插
void SLPushFront(SL* ps, SLDataType x)
{
	assert(ps);
	SLCheckCapacity(ps);

	//旧数据挪动
	for (int i = ps->size; i > 0; i--)
	{
		ps->arr[i] = ps->arr[i - 1];
	}
	ps->arr[0] = x;
	ps->size++;


}
//尾删
void SLPopBack(SL* ps)
{
	//顺序表为空
	assert(ps);
	assert(ps->size);

	//顺序表不为空
	ps->size--;
}

//头删
void SLPopFront(SL* ps) 
{
	assert(ps);
	assert(ps->size);
	for (int i = 0; i < ps->size - 1; i++)
	{
		ps->arr[i] = ps->arr[i + 1];
	}
	ps->size--;
}

//指定位置之前插入/删除数据
void SLInsert(SL* ps, int pos, SLDataType x)
{
	assert(ps);
	assert(pos >= 0 && pos <= ps->arr);

	SLCheckCapacity(ps);

	//pos及之后的数据挪动一位
	for (int i = ps->size; i > pos; i--)
	{
		ps->arr[i] = ps->arr[i - 1];

	}
	ps->arr[pos] = x;
	ps->size++;

}

void SLErase(SL* ps, int pos)
{
	assert(ps);
	assert(ps >= 0 && pos < ps->size);

	for (int i = pos;i < ps->size;i++)
	{
		ps->arr[i] = ps->arr[i + 1];
	}
}

int SLFind(SL* ps, SLDataType x)
{
	for (int i = 0; i < ps->size; i++)
	{
		if (ps->arr[i] == x)
		{
			return i;
		}
	}
	return -1; // 表示未找到
}
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